ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 09.04.2024
Просмотров: 180
Скачиваний: 0
Регистрация импульса сводится к фиксации некоторого уровня сигнала A P m i n , определяемого чувствительностью устройства. На рис. 38 изображены начальные участки импульсов одинаковой ампли туды, но с разной крутизной переднего фронта. Легко видеть, что идеально прямоугольный импульс 1 наиболее удобен для регистра ции, тогда как импульсы с пологими фронтами 2 и 3 регистрируются менее уверенно, особенно импульс 3.Отсюда ясно, что форма импульса является одним из факторов, определяющих точность измерения расстояний.
Форма фронта импульсов искажается при прохождении сигнала в атмосфере и при отражении от объекта (при пассивном отражателе). Существенное влияние оказывают -
шумы, вызываемые флуктуациями p(t) тока в цепях станции, грозовыми явлениями, работающими вблизи электрическими установками. Шумы размывают и искажают форму линии импульсов на экране электронно-лучевой трубки. Иска жение формы импульсов происхо дит также за счет интерференции поверхностной и пространствен ной (отраженной от ионизирован ных слоев атмосферы) волн.
Опыт показывает, что фиксацию переднего фронта импульса можно выполнить с ошибкой 5—10% от длительности импульса т, что приведет к ошибке измерения времени распространения сигнала mt — 0,1 т. Соответственно ошибка в измеренном расстоянии будет
mD = — mt = 0,05vx,
а следовательно,
20т ,
Итак, для обеспечения высокой точности измерений расстояний необходимо формировать более короткие импульсы.
Несущую частоту (частоту заполнения радиоимпульсов) выбирают в зависимости от назначения и условий работы станции. Считают, что в течение одного импульса должно происходить 300—900 колеба ний высокой частоты. Тогда несущая частота определится из равен ства
І- |
(140) |
где к — число колебаний, лежащее в указанных выше пределах.
7 Заказ 129 |
97 |
§ 12. О С Ц И Л Л О Г Р А Ф И Ч Е С К И Е СПОСОБЫ И З М Е Р Е Н И Я В Р Е М Е Н Н Ы Х И Н Т Е Р В А Л О В
При измерении расстояний импульсным методом необходимо опре делять с высокой точностью весьма малые интервалы времени. Дей ствительно, при измерении линии длиной 300 км с ошибкой не более 15 м время распространения сигнала будет
àt = — = 2 мс,
Рис . 39 |
Рис . 40 |
а погрешность измерения этого интервала времени не должна пре восходить величины
т, — ==0,1 мкс.
В первых конструкциях радиолокационных устройств для изме рения времени использовались исключительно электронно-лучевые трубки. В последнее время для тех же целей начинают применяться цифровые устройства, обладающие рядом преимуществ.
Обобщенная блок-схема индикатора с электронно-лучевой труб кой и линейной разверткой показана на рис. 39. В момент tx сигнал синхронизатора одновременно запускает модулятор генератора вы сокой частоты и генератор линейной развертки, который вырабаты вает импульс напряжения пилообразной формы, поступающий на от клоняющие пластины электронно-лучевой трубки X. По мере уве личения напряжения в импульсе электронный луч перемещается вдоль горизонтального диаметра трубки из точки а (рис. 40), в кото рую он попал до начала импульса развертки, в точку б, которой он
достигнет в момент t2, соответствующий максимальному значению напряжения развертки. Начиная с момента t2 напряжение в импульсе развертки быстро уменьшается и в момент ts становится равным нулю. Одновременно электронный луч возвращается в исходную точку а, где и остается до момента t[, т. е. до поступления следующего пило образного импульса. Начиная с момента t[ цикл перемещения про екции луча по экрану повторится, тогда как в промежуток времени h — t'i электронный луч проецируется в точку а. При конструирова нии радиоаппаратуры этот интервал делают как можно меньше.
Хотя на время излучения зондирующего импульса, как говори лось выше, приемник запирается, часть энергии зондирующего им пульса через паразитные связи проходит в приемник и после усиле ния и детектирования поступает на отклоняющие У-пластины (см. рис. 40, импульс 1). Отраженные радиосигналы после приема и соот ветствующего преобразования также подаются на У-пластины и на блюдаются на экране в виде второго импульса (импульс 2 на рис. 40). Расстояние I между передними фронтами зондирующего 1 и отра женного 2 импульсов при строго прямолинейном характере пило образного импульса развертки будет
|
1 = Ѵ р M = - ^ Д * , |
|
где |
Ір — длина линейной развертки |
на экране трубки; ѵѵ — ско |
рость перемещения луча по экрану; |
tp = t2 — tx — длительность |
|
импульса и A l — измеряемое время |
распространения сигнала. Та |
|
ким |
образом, |
|
|
At = ^ l . |
(141) |
Если на экране или на прозрачной пластине перед экраном по строить шкалу, согласно (141), то, совместив фронт зондирующего импульса 1 с началом шкалы, по фронту отраженного импульса мож но отсчитать время àt распространения сигнала в прямом и обратном направлениях. Отсчетную шкалу можно построить также и в едини цах длины. Действительно, приняв в (141)
V
найдем, что
£ = ^ ! = і - / , |
(142) |
где m — линейный масштаб развертки. При совмещении фронта зондирующего импульса с началом такой шкалы отсчет по фронту отраженного импульса сразу укажет расстояние.
Из (142) следует, что точность измерений зависит от длины раз вертки — чем она больше, тем точнее измеряется расстояние. Су ществует несколько способов удлинения развертки при ограничен ных размерах трубки: применение круговой (см. ниже) и спиральной
7* |
99 |
t
разверток, раздельное наблюдение зондирующего и ответного имнульсов и т. д. Широкое распространение получил так называемый «многошкальный» (чаще всего «двушкальный») способ определения времени, обеспечивающий многократное повышение точности изме рения расстояний. Кроме основной частоты линейной развертки, равной частоте посылки зондирующих импульсов, здесь исполь зуются более высокие частоты, обычно кратные основной частоте. Определение длины линии начинают с измерений на самой медлен ной (самой «грубой») развертке. Затем увеличивают частоту разверт ки, так что за время между излучением зондирующего и приемом отраженного сигналов импульс развертки повторяется несколько раз. Поэтому прежде чем на экране появится изображение ответного
М А Л А
Напряжение масштабного I генератора
импульса, электронный луч не сколько раз переместится из начала развертки в ее конец. Легко сообра зить, что отсчет по точной шкале
20 80,
Р и с . 41 Р и с . 42
равен избытку сверх целого числа полных отрезков длины, равных длине точной шкалы. Поэтому по грубой шкале достаточно отсчи тать не всю длину, а ее ближайшее меньшее значение, кратное це лому числу длин точной шкалы. Тогда длина линии может быть полу чена как сумма грубого и точного отсчетов.
Наиболее просто отсчетную шкалу можно изготовить, как уже говорилось, на прозрачном материале. Такие механические шкалы в точных устройствах не применяют вследствие относительно боль шой ошибки, происходящей из-за неточности совмещения фронта зон дирующего импульса, параллакса шкалы и несоответствия масштаба развертки, который не остается постоянным по всей длине, масштабу шкалы.
Более точной является электронная шкала, которую можно создать на экране с помощью стабильного по частоте масштабного генера тора, содержащего на выходе формирователь коротких импульсов с крутым фронтом (рис. 41). Расстояние между соседними импульсами определяется периодом колебаний масштабного генератора. Так как изменение режима питания индикаторного блока или изменение его параметров одновременно и пропорционально изменяет длину раз вертки и электронной шкалы, то масштаб ее будет всегда соответство-
100
вать масштабу развертки. Электронная шкала создается либо в двухлучевых трубках, когда один луч используется для формирования развертки и наблюдения радиолокационных сигналов, а другой — для создания шкалы, либо в однолучевых трубках с помощью элек тронных коммутаторов, поочередно подключающих к вертикально
отклоняющим У-пластинам то |
исследуемые сигналы', то |
сигналы |
||
импульсного масштабного генератора. |
|
|||
Для повышения точности отсчета без увеличения размеров трубки |
||||
применяют |
круговую |
развертку |
(рис. 42, а), масштаб которой в я |
|
раз больше |
масштаба |
линейной |
развертки. Формирование |
круговой |
развертки |
происходит |
следующим образом. |
|
|
Пусть к горизонтальным и |
вертикальным отклоняющим пласти |
|||
нам электронно-лучевой трубки приложены гармонические напря
жения одинаковой частоты со, сдвинутые по фазе на 90° |
||
их = Umx |
sin m |
\ |
иу = Umy |
cos cot J |
|
Тогда величина отклонения электронного луча будет определять |
||
ся уравнениями |
|
|
x = hxUmxsmu>t |
I |
|
у = hyUmycos<ùt |
У |
|
в которых X и у — мгновенные значения отклонения луча от центра экрана соответственно в горизонтальной и вертикальной плоскостях, a hx и hy — чувствительность (коэффициент пропорциональности между отклонением луча и напряжением на пластинах) электронно лучевой трубки по соответствующим пара_м пластин.
Разделив каждое из уравнений (143) на коэффициент в правой части, возведя в квадрат и сложив получившиеся равенства, получим выражение
а7,2/72и |
Г п /,2и /72 |
х тх |
у тУ |
представляющее собой уравнение эллипса. Следовательно, развертка будет иметь вид эллипса. Если напряжения, подаваемые на отклоня ющие пластины, таковы, что
|
^х^тх = |
ту — R1 |
то на экране будет |
наблюдаться |
развертка в виде окружности ра |
диуса R. |
|
|
При круговой |
развертке импульсные напряжения с приемника |
|
подаются не на отклоняющие пластины, а на управляющий электрод (модулятор) трубки, что приводит к модуляции яркости развертки: при импульсах положительной полярности яркость развертки в мо менты прихода импульсов увеличивается, а при импульсах отрица тельной полярности — уменьшается. При достаточной величине импульсов отрицательной полярности в круговой развертке
101
образуются разрывы (см. рис. 42, б). Часто при круговой развертке используются электронно-лучевые трубки с центральным электродом. Тогда импульсные напряжения с выхода приемника пода-ют в соот ветствующей полярности на центральный электрод, в результате чего зондирующий и отраженный импульсы наблюдаются в виде «выбро сов» (см. рис 42, а).
Угловая скорость развертки, как в этом легко убедиться анали
зируя уравнения (143), равна круговой частоте |
напряжения |
и . |
||
Угловое |
расстояние между фронтами импульсов |
поэтому будет |
||
|
|
1)5 = со At, |
|
|
а время |
распространения |
сигнала |
|
|
|
|
Ді = 4г- |
|
(145) |
Как и при линейной развертке, круговую шкалу можно градуи |
||||
ровать в линейной мере. С учетом равенства (145) |
получим |
|
||
|
D |
= W ^ 4 i ^ |
|
(14ß) |
где m — масштаб круговой |
развертки. |
|
|
|
Для повышения точности измерений времени или расстояний |
п р и . |
|||
помощи круговой развертки, как и при линейной, может быть ис пользован «многошкальный» способ отсчета, т. е. система кратных частот.
Из формулы (134) следует, что точность измерений линий импульс ной системой зависит от величины ошибок в значении рабочей ско
рости V и времени распространения At |
электромагнитных колебаний. |
||
Величина ошибки At при линейной |
развертке определяется |
точ |
|
ностью измерения отрезка I, изображающего временной интервал на |
|||
развертке, которая, как указывалось |
выше, может |
достигать |
10% |
от длительности импульса. При круговой развертке |
дополнительная |
||
ошибка возникает из-за эксцентриситета и эллиптичности развертки, причем эти ошибки носят систематический характер.
На ошибку измерения расстояний импульсным методом сущест венно влияют неточность синхронизации работы отдельных блоков аппаратуры, искажение формы напряжений развертки, непостоян ство параметров аппаратуры, нестабильность источников питания, а также неучтенные задержки сигналов в цепях радиоустройств. Для уменьшения влияния перечисленных ошибок применяют высо костабильные схемы, производят регулярные поверки и юстировки отдельных блоков и всей аппаратуры, а для исключения влияния задержек сигналов в цепях станций выполняют специальные ис следования аппаратуры.
Общая ошибка расстояний, измеряемых современными импульс ными радиогеодезическими системами с осциллографическими спо собами измерения времени, в лучшем случае составляет около 5 м.
102
